Проектирование режущих инструментов. 2

1.Расчет и проектирование фасонного резца.

1.1.Общие сведения. 

     Фасонным  называют резец, режущие кромки которого имеют форму, определяющуюся формой профиля детали. Они обеспечивают высокую производительность, однородность формы профиля и точность размеров обрабатываемых деталей и применяются в крупносерийном и массовом производствах.

     Фасонные  резцы можно разделить на следующие  группы:

     - по форме: круглые, призматические, стержневые;

     - по установке относительно детали  призматические резцы разделяются  на резцы с радиально расположенной кромкой и тангенциальные;

     - по расположению оси: с параллельным  расположением оси по отношению  к оси детали и наклонным  расположением оси или базы  крепления;

     - по форме образующей поверхности:  круглые резцы с кольцевыми  образующими, круглые с винтовыми образующими, призматические с плоскими образующими.  [3, с.184]

     В современном машиностроении для  точения фасонных поверхностей применяют  преимущественно радиальные призматические и круглые фасонные резцы; менее  распространены тангенциальные и обкаточные фасонные резцы.

      Призматические резцы применяются  для обработки наружных поверхностей, обладают повышенной жесткостью и надежностью  крепления, повышенной точностью обработки, лучше отводят теплоту, проще  в установке на станках по сравнению с круглыми.

     Круглые (дисковые) резцы применяются для  обработки наружных и внутренних поверхностей, они более технологичны при изготовлении, но сложнее в установке, имеют большее количество переточек и повышенный  

срок  службы по сравнению с призматическими.

     Для закрепления круглых  фасонных резцов в державку у торцовых поверхностей этих резцов предусматривают рифления, отверстия под штифт, или пазы на торце.

     Радиальные  фасонные резцы имеют подачу, направленную по радиусу, а тангенциальные — подачу, направленную по касательной к внутренней поверхности детали. В производстве наибольшее распространение получили фасонные резцы с радиальной подачей, так как они проще в эксплуатации и настройке.

     По  сравнению с обычными фасонные резцы  обеспечивают:

     1) идентичность формы, точность размеров деталей, так как они зависят не от квалификации рабочего, а в основном, от точности изготовления резца;

     2) высокую производительность благодаря  большой экономии машинного времени,  связанной с сокращением пути  резания, и вспомогательного времени, требуемого на установку и наладку резца при его смене;

     3) высокую долговечность благодаря  большому количеству допускаемых  переточек;

     4) меньшее количество брака;

     5) простоту заточки.

     Рассчитать  и сконструировать фасонный резец  для обработки заготовки из прутка диаметром 40 мм. Перед обработкой заготовки из стали подготовляют канавку под последующее отрезание.

     Материал  заготовки –сталь 20,  σ_в= 400МПа (≈40 кгс/мм²). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1.2.Графический  способ определения  профиля резца. 

     1. Передний и задний углы определяем по табл.47 [1]: γ=25⁰, α=12⁰.

     2. Строим профиль заготовки, для  чего проводим ось, от которой  откладываем соответствующие размеры  профиля заготовки, и строим  в левом нижнем углу чертежа  полный профиль.

     3. Проектируем полученные точки 1, 2, 3, 4, 5, 6 профиля заготовки на  горизонтальную ось, проходящую через центр заготовки О ( точки 1^/-2^/, 3^/- 4^/, 5^/- 6^/), через которые проводим соответствующие окружности, равные r_1-2, r_3-4,, r_5-6.

     4. Из точки 1' (А') проводим линию (след) передней поверхности лезвия резца под углом у и линию (след) задней поверхности под углом а.

     5. Обозначаем точки пересечения соответствующих окружностей резцов r_1-2, r_3-4,, r_5-6. с линией передней поверхности резца через А_1-2, А _3-4, А _5-6.

      6.Из этих точек проводим линии, параллельные задней поверхности резца.

         7. Строим профиль резца в нормальном сечении, т.е в сечении, перпендикулярном к его задней поверхности (сечение А А): проводим линию ММ; откладываем от этой линии осевые размеры l_1, l_2, l_3, l₄ и l₅ которые соответствуют осевым размерам обрабатываемой заготовки; откладываем на горизонтальных линиях, параллельных линии ММ, отрезки, равные расстояниям между линиями, параллельными задней поверхности резца, находим точки /", 2", 3", 4", 5", 6" и, соединяя их прямыми, получаем профиль резца в нормальном сечении.

    8. Построение шаблона и контршаблона  для контроля фасонного профиля  резца сводится к переносу  всех отрезков 1"-2", 1"-3", 1"-4" и 1"-5" относительно узловой контурной точки   1".

     9 Габаритные и конструктивные размеры резца выбираем по табл. 44 в зависимости от наибольшей глубины профиля t_max   изготовляемой детали.

     10. Выполняем рабочий чертеж фасонного  призматического резца согласно  указаниям ( см. гл. 1, §3).

     11. Если передний угол лезвия  γ=0, то профиль фасонного призматического резца строится в том же порядке, только линия передней поверхности будет горизонтальна, т.е. точки 1'-2 ', 3 '-4 ', 5'-6' совпадут с точками А_1-2, А _3-4 и А _5-6.  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1.3.Аналитический расчет профиля резца.

       

          1. Передний и задний углы определяем  по табл.47 [1]: γ=25⁰, α=12⁰.

     2. Размеры дополнительных режущих  кромок под отрезание и подрезание  принимаем: b₁=1мм, b=7мм, с=0мм, φ₁=15⁰, φ_фас=45⁰.

     3. Общая ширина резца вдоль оси заготовки:

     L_p=l_g+f+c+b+b₁=50+0+0,5+7+1=58 мм.

     4. Наибольшая глубина профиля детали  t_max=7,5мм.

     5. Габаритные и конструктивные  размеры резца с торцовым рифлением  для наибольшей глубины профиля  t_max=7,5мм выбираем по таблице [1, табл.46] D=108мм, d(Н8)=102мм, d₁=99,9мм, b_max=16мм, k=0,5мм, r=0,5мм, d₂=6мм, D₁=45мм.

     h_p=R₁sinα=45sin12=6,3мм. – высота установки резца. 

     Высота  заточки резца H=Rsin(α+γ)=45sin(25+12)=15,4мм,

     где R – радиус резца;

      6. Согласно размерам на чертеже  заготовки радиусы окружностей  узловых точек профиля заготовки r₁, r₂, r₃, r₄, r₅, r₆ и осевые расстояния до этих точек от торца до заготовки l_1-2, l_1-3, l_1-5 и т.д. следующие:

     r= r₂ =17,5 мм                      

     r₃= r₄=25 мм  l_1-2,3=15 мм          l_1-5=40 мм   

     r₅= r₆ =21мм.  l_1-4=30 мм  l_1-6=50мм                                                            Допуски на указанные размеры принимаем равными 1/3 допусков на соответствующие размеры обрабатываемой заготовки.

     7. Корректируем профиль резца: данные  коррекционного расчета сводим  в таблицу:

 

      8. Построение шаблонов и контршаблонов  для контроля фасонного профиля  резцов (при контроле отклонений размеров шлифования фасонных поверхностей на резцах) сводится для круглых резцов к определению разности радиусов всех узловых точек рассчитанного фасонного профиля относительно узловой контурной (начальной) точки 1:

     Р₃ = P₄ =  R₁ – R₃=3,58 мм

     P₅ = P₆ = R₁ – R₅= 4,06 мм

     Допуски на линейные размеры фасонного профиля  шаблона при его изготовлении не должны превышать ±0,01 мм. 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1.4. Расчет режима  резания при точении 

    1. Глубина резания t = tmax = 7,5 мм,

    где tmax – наибольшая глубина профиля детали.

    2. Подача – выбираем рекомендуемую  по [6, стр.269,табл.16]:  S = 0,025-0,055 мм/об, принимаем  S = 0,04 мм/об

    3. Скорость резания

    

,

    где T – среднее значение стойкости  инструмента,

           Сυ , m, y – коэффициент и показатели степени по [6, стр.269, табл.17],

           - коэффициент, являющийся произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки Kmυ [6, стр.261, табл.1], состояние поверхности Kпυ [6, стр.263, табл.5], материала инструмента Kиυ [6, стр.263, табл.6].

    Принимаем:

    T=120 мин; Сυ=22,7; m=0,3; y = 0,5;

    

,

    где kг – коэффициент, характеризующий  группу стали по обрабатываемости, по [6, стр.262, табл. 2] kг = 1,0;

    nυ  – показатель степени, nυ =1,75;

    Kпυ = 0,8; Kиυ = 1;

    

= 1,74 ∙ 0,8 ∙ 1 = 1,39.

    Тогда

    

 м/мин.

    4. Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости

     мин-1.

    Корректируем  частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка 1Б290-4К и устанавливаем действительное значение частоты вращения:

    nд  = 160 мин-1           [12, т.1, стр. 39, табл. 3.4].

    5. Определяем действительную скорость  главного движения резания

    

м/мин.

    6. Мощность, затрачиваемая на резание

    

    Сила  резания

    

 

    t – длина резца, 

    t=65 мм.

    Для данных условий обработки коэффициенты и показатели степени           

    

= 212;

    xPz = 1;

    yPz = 0,75;

    nPz = 0 [6, стр. 273, табл. 22].

    Учитываем поправочные коэффициенты на силу резания 

    Kpz=KМр  · Kγp·Кφр ·Кλр·Кrр

    

[6, стр. 264, табл. 9];

    np = 0,75

    

; 

    Kγp=1,0  [6, с. 275, табл. 23],

     Кφр=1,0  [6, с. 275, табл. 23],

    Кλр=1,0  [6, с. 275, табл. 23],

    Кrр=1,0  [6, с. 275, табл. 23].

    Kpz=1,1·1,0·1,0·1,0·1,0=1,1

    Pz=10·212·651·0,04 0,75·33,410·1,1=12490Н.

    

 кВт.

    7. Проверяем, достаточна ли мощность  привода станка. Nшп=6,3 кВт 

    Nрез  ≤ Nшп;   6,2 < 6,3, т.е. обработка возможна.

    8. Основное время

    

    Длина рабочего хода (мм) резца:

    L = l + lвр + lп,

    Величина  врезания:

    lвр = t ·ctg φ = 7,5 ∙ ctg 45° = 7,5 мм;

    Перебег резца:

    lп  = 1-3 мм, принимаем lп = 2 мм;

    Длина обрабатываемой поверхности:

    l = 70 мм,

    L = 70+ 7,5+ 2 = 79,5мм,

    

мин  
 
 
 
 
 
 
 
 

      2.Расчет и конструирование червячной фрезы.

 

     2.1.Общие положения. 

     Фрезерование  является одним из высокопроизводительных и распространенных методов обработки  металлов резанием. Оно осуществляется при помощи инструмента, называемого фрезой. Фреза – многозубый инструмент, представляющий собой тело вращения, на образующей поверхности которого или на торце имеются режущие зубья.

     Главное движение при фрезеровании – вращательное (его имеет фреза); движение подачи (обычно прямолинейное) может иметь как заготовка, так и сама фреза.

     Фрезерованием обрабатывают внешние плоскости, пазы и фасонные поверхности, причем в  последнем случае необходимо иметь  фрезу соответствующей формы. Существуют также фрезы для обработки тел вращения, для развертки металлов (пилы), для изготовления резьбы (резьбовые фрезы), для изготовления зубчатых колес (зуборезные фрезы).

     Фрезы делаются цельными, составными, сборными с режущей частью из быстрорежущих  сталей или с пластинками твердых сплавов.

     Ввиду больших преимуществ фрез, оснащенных пластинами твердых сплавов (высокая  производительность; высокое качество обработанной поверхности, исключающее  иногда применение шлифования; возможность  обработки закаленных сталей; снижение себестоимости обработки и т.д.), они успешно применяются в металлообрабатывающей промышленности и вытеснили многие фрезы из инструментальных сталей.

     Наряду  с особенно широко распространенными  торцовыми фрезами с пластинками  твердых сплавов в промышленности применяются твердосплавные дисковые, концевые, шпоночные и фасонные фрезы. [3,с.269] 

     Червячная зуборезная фреза может быть представлена в виде совокупности закрепленных на цилиндрической поверхности гребенок либо в виде червяка, витки которого превращены в режущие зубья прорезанием поперечных канавок так, что на них образуются передние углы γ, и затылованием зубьев для получения задних углов α.

     Основой профиля стандартных червячных  фрез является конволютный червяк, витки которого в сечении, нормальном к направлению витка, имеют прямолинейный профиль исходной зубчатой рейки. Профиль исходной рейки характеризуется углом профиля α_п=20⁰, шагом зубьев Р_п=πm, расчетной высотой зуба h_р и его головки h^/, а также толщиной зуба фрезы по нормали S_n=P_n-s_n, где s_n – толщина зуба нарезаемого колеса по нормали.

      По назначению различают червячные  фрезы для нарезания цилиндрических прямозубых и косозубых колес, для  обработки червячных колес, для обработки червячных колес, шлицевых валов, звездочек и т.д. По конструкции червячные фрезы бывают цельными и сборными, могут закрепляться на оправках (насадках) или с помощью хвостовиков. [4,с.292] 

     2.2. Расчет червячной  фрезы для обработки  шлицевых валиков

     Фреза:

     z×d×D =10×102×108.

     Валик:

     d=102 мм,

     b=16 мм,

     D=115 мм,

     f=0,5 мм,

     r=0,5 мм,

     Материал: ст50

     HВ  =300-330, 

     термообработка  – нормализация,

     вид обработки – чистовая.

         Определение расчетных диаметров валика.

      Расчетный наружный диаметр:

     Dp=Dmax-2fmin=108,012-2·0,5=107,012 мм.

     Расчетный внутренний диаметр:

     dp=dmin+0,25E1=99,9+0,25·0=99,9 мм,

     где E1 – величина допуска на внутренний диаметр.

     Расчетная ширина шлица:

     bp=bmin+0,25E=15,965+0,25·0,150=15,973 мм,

     где E – величина допуска на ширину шлица.

     Диаметр начальной окружности валика:

     DH= мм.

     Угол  шлица γн определяется с точностью  до 1".

     

     γн= 4º. 

     Определение размеров профиля зуба.

     Определяем  шаг витков фрезы по нормали:

     tп= = мм,

     где z – число шлицев валика.

     Толщина зуба фрезы по начальной прямой:

     Sn=tn-SbH=DH мм.

     Высота  шлифованной части профиля фрезы:

      , 

     где hH - высота профиля от начальной прямой:

     hH=RH(sinαK-sinγH) sinαK,

     RH= мм.

      sinγH= .

     γH=10º.

     cosαK=

     αK=20º.

     hH=29,5(sin20º-sin10º) sin20º=1,4 мм.

     hз= мм

      мм.

     Размеры уступа под  35º:

     длина f2=2f=2·0,5=1 мм,

     высота h2=f2·tg35º=0,7.

     5. Размеры канавки для облегчения  шлифования:

     ширина l=tn-(Sn+2f2)=33,3-(17,402+2·1)=13 мм

     глубина h4=1,5-3,0 мм, принимаем h4=2 мм,

     радиус r=1-2 мм, принимаем  r=2 мм.

     6. Общая высота профиля зуба:  h0=h+h2+h4=2,899+0,7+2=5,599 мм. 

     Определение элементов режущей части.

     1. Величины De, D1, d1, b, t1, z1, rK, c1 выбираем  по [13, стр. 110, табл. 5.3] в зависимости от шага tп для червячных шлицевых фрез средней серии:

     а1 = 0,6мм,

     De= 125 мм,

      D1= 60 мм,

      

     d1= 40 мм,

      b= 10мм,

       t1= 43,5 мм,

      z1= 12,

      rK=2 мм,

      c1=5 мм.

     2. Выбираем передний угол в зависимости  от условий работы: для чистовых  фрез – γ=0.

     3. Задний угол на вершине зубьев  αк=9-12º, принимаем αк=10º.

     4. Величина первого затылования:

     К= =5,18,

     Z1 - число зубьев фрезы.

     5.  Величина дополнительного затылования:

     К1=(1,2-1,5)К=5,52-6,9, принимаем К1=6.

     6. размер шлифованной части затылка  определяется углом:

     Ψ=(0,4-0,5)η, где

     η= 30 º,

     Ψ=12-15, принимаем Ψ=12º.

     7. Диаметр D´ определяется:

     D´=De+2(K1-K) =130 мм.

     8. Глубина канавки:

     H=h0+K1-(K1-K) +rK=5,599+6-(6-5,18) +2=13,671 мм.

     9. Длина фрезы:

     L=2 ,

     C1=5, 

     L=2 =103,3 мм.

     10. Длина отверстия:

     l=(0,2-0,3)L=26,64-39,96.

     принимаем l= 30,99 мм.

     11. Положение расчетного сечения  определяется углом:

      Ψ´= .

     12. Средний расчетный диаметр:

     Dt.расч=De—2hз-2hn- мм.

     13. Угол винтовой линии:

     sinωрасч=

     ωрасч= 5º.

     14. Шаг винтовой линии: Hcn=π Dt.расч ctgωрасч=3,14·119·ctg5º =3316 мм.

     15. Осевой шаг витков:

     t0= мм.

     16. Направление червячной нарезки  – правое, а направление винтовой  канавки – левое.

     17. В качестве материала для изготовления фрезы принимаем – Р6М5. 

     Графический метод построения профиля фрезы.

     1. Вычерчиваем в выбранном масштабе  начальную окружность шлицевого  валика, начальную прямую фрезы  и вспомогательную окружность. Через  полюс зацепления проводим линию бокового профиля шлица (АР) по касательной к вспомогательной окружности (рис. 2).

     2. Строим линию зацепления: 

     а) на линии АР наносим примерно на равном расстоянии точки 1, 2, 3,4

     б) через эти точки проводим нормали  к АР до пересечения с начальной окружностью в точках 1´, 2´, 3´, 4´.

     в) проводим траектории (окружности) движения точек 1, 2, 3, 4 при вращении валика и на них делаем засечки из полюса Р длиной, равной длинам нормалей 11´, 22´, 33´, 44´, получим точки линии зацепления 1´´, 2´´, 3´´, 4´´.